Budowanie mózgu na chipie krzemowym

Międzynarodowy zespół naukowców z Europy stworzył chip krzemowy zaprojektowany tak, aby działał jak ludzki mózg. Dzięki 200 000 neuronów połączonych 50 milionami połączeń synaptycznych, chip jest w stanie naśladować zdolność mózgu do uczenia się dokładniej niż jakakolwiek inna maszyna.

Inteligentny chip: Naukowcy w Europie wykorzystują konwencjonalne techniki produkcji chipów do tworzenia obwodów, które naśladują strukturę i funkcję ludzkiego mózgu. Ten wczesny prototyp ma tylko 384 neurony i 100 000 synaps, ale najnowsza wersja zawiera 200 000 neuronów i 50 milionów synaps.

Chociaż chip ma ułamek liczby neuronów lub połączeń znalezionych w mózgu, jego konstrukcja pozwala na skalowanie go, mówi Karlheinz Meier , fizyk z Uniwersytetu w Heidelbergu w Niemczech, który koordynował projekt Fast Analog Computing with Emergent Transient States lub FACE .

Jest nadzieja, że ​​odtworzenie struktury mózgu w formie komputerowej może pomóc pogłębić naszą wiedzę na temat tworzenia masowo równoległych, potężnych nowych komputerów, mówi Meier.

To nie pierwszy raz, kiedy ktoś próbował odtworzyć pracę mózgu. Jeden wysiłek nazwany Niebieski mózg projekt, prowadzony przez Henryk Markram w Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii korzysta z ogromnych baz danych biologicznych zarejestrowanych przez neurologów, aby stworzyć niezwykle złożoną i realistyczną symulację mózgu na superkomputerze IBM.

FACETS korzysta z tych samych baz danych. Ale zamiast symulować neurony, mówi Karlheinz, budujemy je. Używając standardowego ośmiocalowego wafla krzemowego, naukowcy odtworzyli neurony i synapsy jako obwody tranzystorów i kondensatorów, zaprojektowane do wytwarzania tego samego rodzaju aktywności elektrycznej, co ich biologiczne odpowiedniki.

Obwód neuronowy zwykle składa się z około 100 elementów, podczas gdy synapsa wymaga tylko około 20. Jednak ponieważ jest ich o wiele więcej, synapsy zajmują większość miejsca na płytce, mówi Karlheinz.

Zaletą tego przewodowego podejścia, w przeciwieństwie do symulacji, kontynuuje Karlheinz, jest to, że pozwala naukowcom odtworzyć strukturę podobną do mózgu w sposób, który jest naprawdę równoległy. Uruchomienie symulacji w czasie rzeczywistym wymaga ogromnej mocy obliczeniowej. Ponadto modele fizyczne mogą działać znacznie szybciej i są bardziej skalowalne. W rzeczywistości obecny prototyp może działać około 100 000 razy szybciej niż prawdziwy ludzki mózg. Możemy symulować dzień w sekundę, mówi Karlheinz.

Chociaż może to brzmieć nieprawdopodobnie, neurony są w rzeczywistości bardzo powolne, przynajmniej w porównaniu z komputerami, mówi Thomas Serre , badacz neuronauki obliczeniowej na MIT. Powodem, dla którego komputery wydają się znacznie wolniejsze, jest to, że są maszynami szeregowymi, podczas gdy nasze mózgi działają równolegle, mówi.

FACETS nie jest jedyną grupą stosującą takie podejście. Badacze w Uniwersytet Stanford również tworzą obwody neuronalne i Agencja Obronnych Zaawansowanych Projektów Badawczych niedawno rozpoczął finansowanie podobnego projektu.

FACETS wyprzedza kogokolwiek innego, ponieważ wykorzystują te złożone synapsy, mówi Markram. Chociaż neurony są dość proste, jak mówi, synapsy są zaprojektowane do korzystania z bardzo potężnego algorytmu rozproszonego – opracowanego przez Markrama – zwanego plastycznością zależną od synchronizacji impulsów, który pozwala urządzeniu uczyć się i dostosowywać do nowych sytuacji.

Budowa tak złożonych obwodów wymagała ścisłej współpracy z neurobiologami, mówi Markram. W rzeczywistości projekt, którego obecny budżet wynosi 10,5 miliona euro (14,1 miliona dolarów), opiera się na wkładzie 15 grup naukowych z siedmiu różnych krajów. Wśród wyzwań, przed którymi stoją, jest odtworzenie trójwymiarowej struktury mózgu w dwuwymiarowym kawałku krzemu, mówi.

Pomimo wysiłków, aby chipy były jak najbardziej wiarygodne biologicznie, Markram przyznaje, że nadal są prymitywne w porównaniu z tym, co można osiągnąć w symulacji. To nie jest mózg. Mówi, że jest to bardziej procesor komputerowy, który ma niektóre z przyspieszonych obliczeń równoległych, które ma mózg.

Z tego powodu Markram wątpi, czy podejście sprzętowe zapewni duży wgląd w działanie mózgu. Na przykład, w przeciwieństwie do Blue Brain, naukowcy nie będą mogli przeprowadzać testów narkotykowych in silico, symulując ich wpływ na mózg. Mówi, że to bardziej platforma sztucznej inteligencji niż zrozumienie biologii.

Grupa FACETS planuje teraz zwiększyć skalę swoich chipów, łącząc kilka wafli, aby stworzyć superchip z miliardem neuronów i 1013 synapsami.

ukryć